Xem mẫu
1
MỞ ĐẦU
*Đặt vấn đề nghiên cứu
Mặt đường BTXM - mặt đường cứng cùng với mặt đường mềm là hai loại hình mặt đường chính được
sử dụng cho giao thông đường bộ và sân bay, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành nên mạng lưới giao
thông của các khu vực, lãnh thổ và xuyên quốc gia. Tại Việt Nam, việc kiểm soát chất lượng thi công chưa tốt,
chưa đánh giá đúng sức chịu tải của mặt đường sau khi thi công, trong khi lượng xe tải, xe nặng và các xe vượt
tải ngày càng tăng kết hợp với các yếu tố môi trường ngày càng khắc nghiệt làm mặt đường nhanh chóng bị
xuống cấp. Hiện nay, các thí nghiệm biến dạng không phá hủy (Nondestructive deflection test - NDT) đang được
sử dụng rộng rãi để đánh giá kết cấu áo đường. Đặc điểm của thí nghiệm này là khắc phục những nhược điểm
của các thí nghiệm phá hoại kết cấu như việc lấy mẫu, khoan, cắt, đào,… làm ảnh hưởng đến khả năng làm việc
của mặt đường; cần nhiều thời gian thực hiện , không thể thực hiện thường xuyên…Chính vì vậy đề tài :
“Nghiên cứu một số thông số đặc trưng đánh giá chất lượng khai thác mặt đường BTXM đường ô tô bằng
phương pháp không phá hủy ở Việt Nam” được hình thành, bước đầu góp phần hoàn thiện quy trình đánh giá chất
lượng mặt đường BTXM là hoàn toàn có cơ sở khoa học, đáp ứng được đòi hỏi của thực tiễn.
*Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu được tiến hành với mục đích đưa ra các kết quả nhằm ứng dụng có hiệu quả phương pháp
đánh giá chất lượng mặt đường BTXM tại Việt Nam với các vấn đề:
- Tổng quan về các tham số đặc trưng cho mặt đường BTXM, phương pháp xác định.
- Thiết kế chế tạo bộ thiết bị đo đạc bổ sung phục vụ nghiên cứu thực nghiệm
- Xây dựng tương quan giữa cường độ chịu kéo khi uốn và mô đun đàn hồi của BTXM phục vụ cho việc
kiểm toán trạng thái giới hạn.
- Xây dựng tương quan giữa mô đun đàn hồi động và mô đun đàn hồi tĩnh nền đường.
- Thông qua các thí nghiệm đo đạc mô hình trong phòng thí nghiệm, trên đoạn đường thi công phục vụ thử
nghiệm, trên đoạn đường đang khai thác sẽ phân tích đánh giá số liệu, cách xử lý số liệu, từ đó đề xuất phương
pháp đánh giá sức chịu tải của mặt đường BTXM phù hợp với điều kiện Việt Nam.
* Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
- Mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông.
- Thiết bị đo đạc đánh giá mặt đường BTXM hiện có hoặc có khả năng chế tạo tại Việt Nam.
- Các phương pháp đánh giá phù hợp với điều kiện Việt Nam.
*Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu: kết hợp lý thuyết với thực nghiệm trên mô hình và thực nghiệm kiểm chứng ngoài
hiện trường nhằm hoàn thiện phương pháp đánh giá chất lượng mặt đường BTXM.
* Nội dung nghiên cứu bao gồm:
-Nghiên cứu mô hình tính toán kết cấu mặt đường BTXM, xác định tham số chính cần đo đạc.
- Nghiên cứu đặc tính của tấm BTXM mặt đường từ đó thiết kế, chế tạo thiết bị đo đạc phù hợp.
- Thực nghiệm đo đạc trên mô hình trong phòng thí nghiệm, trên đoạn đường thi công phục vụ thử nghiệm, trên
đoạn đường đang khai thác.
- Tổng hợp và phân tích các kết quả thí nghiệm, thử nghiệm nhằm đưa ra các chỉ dẫn định hướng về phương
pháp đánh giá chất lượng mặt đường BTXM.
*Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu xác định các tham số chính quan trọng, từ đó lựa chọn thiết bị đo phù hợp để
tiến hành thử nghiệm. Phân tích kết quả đo được để đánh giá phân loại được đối tượng đo, giúp cho việc khai thác sử
dụng phù hợp và hiệu quả.
- Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu chế tạo thiết bị phù hợp với điều kiện Việt Nam, xây dựng phương pháp đánh
giá sức chịu tải mặt đường trước và trong khi khai thác.
* Kết cấu luận án: Gồm phần mở đầu, tiếp theo là bốn chương, phần kết luận, kiến nghị và định hướng nghiên cứu tiếp
theo, danh mục tài liệu tham khảo và phụ lục.
2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG SỐ ĐẶC TRƢNG ĐÁNH GIÁ
CHẤT LƢỢNG KHAI THÁC MẶT ĐƢỜNG BTXM
1.1. Các thông số đặc trƣng cho khả năng khai thác của kết cấu mặt đƣờng bê tông xi măng.
Hiện nay, trên Thế giới có rất nhiều phương pháp đánh giá mặt đường bê tông xi măng khác nhau làm cơ
sở cho việc duy tu, bảo dưỡng và thiết kế nâng cấp. Mỗi phương pháp dựa trên các thông số khác nhau. Có thể
phân thành hai nhóm chính:
1.1.1. Nhóm 1: Đánh giá theo kinh nghiệm
Việc đánh giá khả năng khai thác của kết cấu dựa vào số liệu thị sát và thí nghiệm vật liệu hoặc dựa vào sự
hư hại của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng. Bằng các kinh nghiệm đúc kết được trong suốt quá trình xây
dựng, khai thác và sửa chữa, nâng cấp mà đề ra các giải pháp thiết kế tăng cường hoặc duy tu và sửa chữa. Ví dụ
như:
Căn cứ vào các số liệu đánh giá tình trạng hư hỏng bề mặt,tình trạng thoát nước, số liệu thí nghiệm trên
mẫu khoan và thí nghiệm vật liệu, từ đó đề ra các biện pháp sửa chữa hoặc tăng cường.
Căn cứ vào các số liệu thống kê số lượng tải trọng mà kết cấu đã phục vụ cùng với sự thay đổi các đặc trưng
cơ lý của vật liệu để đánh giá mức độ hư hỏng của kết cấu.
Dựa vào mức độ hư hỏng hiện tại của kết cấu, khả năng phục vụ còn lại của kết cấu sẽ được ước tính và so
sánh lượng xe tương lai có đáp ứng được hay không hoặc phân loại lại cấp hạng của đường, làm cơ sở để chọn
các thông số tính toán cho mặt đường hiện hữu khi tăng cường, sửa chữa.
1.1.2. Nhóm 2: Các thông số dựa trên cơ sở bài toán cơ học
Hiện nay, trên thế giới tồn tại rất nhiều phương pháp tính toán kết cấu mặt đường bê tông xi măng và
mỗi nước dùng một phương pháp thích hợp cho điều kiện của nước mình.
Có thể thấy rằng, các phương pháp tính toán mặt đường bê tông xi măng chủ yếu dựa trên hai bài toán
cơ học cơ bản đó là: các phương pháp dựa trên bài toán “tấm trên nền đàn hồi” và bài toán “hệ đàn hồi nhiều
lớp”.
Với các phương pháp thiết kế mặt đường bê tông xi măng dựa trên lý thuyết của bài toán “tấm trên nền
đàn hồi” của môn cơ học kết cấu với giả thiết xem tấm bê tông xi măng là vật liệu đàn hồi đẳng hướng và tuân
theo giả thuyết tiết diện phẳng và có kích thước vô hạn đặt trên nền đàn hồi với các giả thiết khác nhau về “mô
hình nền”.
Theo mô hình nền bán không gian đàn hồi, tính chất đàn hồi của nền đã được Gorbunov Poxadov giải với
các thông số đặc trưng cho sức chịu tải của mặt đường bê tông xi măng là mô đun đàn hồi của tấm bê tông xi
măng Ebt, mô đun đàn hồi của nền đất E0.
Theo mô hình hệ số nền của Winkler, lời giải của Westergaard đối với tải trọng đặt ở giữa, cạnh và góc tấm
với các thông số đặc trưng cho sức chịu tải của mặt đường bê tông xi măng là mô đun đàn hồi của tấm bê tông xi
măng Ebt,mô đun phản lực nền k.
Một nhân tố có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng khai thác cũng như sự bền vững của kết cấu đó là khả
năng truyền tải của khe nối. Do vậy, việc đánh giá khả năng truyền tải của khe nối luôn được coi là một phần của
quá trình đánh giá sức chịu tải chung của mặt đường bê tông xi măng.
Từ các phân tích ở trên, đặc trưng cho sức chịu tải của mặt đường bê tông xi măng bao gồm các thông số
chính như sau : Mô đun đàn hồi của tấm bê tông xi măng Ebt, mô đun đàn hồi của nền đất E0 hoặc mô đun phản
lực nền k với mô hình hệ số nền của Winkler, khả năng truyền tải của khe nối.
1.2. Phân tích tổng quan kết quả nghiên cứu
1.2.1. Một số nghiên cứu của tác giả nước ngoài
Hiện nay, các thí nghiệm không phá hủy (NDT) đang được sử dụng rộng rãi để đánh giá kết cấu áo
đường. Đặc điểm của thí nghiệm này là khắc phục những nhược điểm của các thí nghiệm phá hoại kết cấu như
việc lấy mẫu, khoan, cắt, đào,… làm ảnh hưởng đến khả năng làm việc của mặt đường; thời gian thực hiện lâu,
không thể thực hiện thường xuyên… Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu đề cập đến vấn đề này và đã thu được
những kết quả quan trọng.
-Nghiên cứu của Priyanka S. và các cộng sự [50]
Nghiên cứu này được thực hiện tại Illinois _ Hoa Kỳ. Theo đó, tại Illinois, mô hình cơ học kinh nghiệm
ME (Mechanistic-Empirical) được sử dụng để thiết kế chiều dày kết cấu áo đường tăng cường trên mặt đường
3
cũ, đặc biệt là trong một số trường hợp không sử dụng vật liệu truyền thống (ví dụ vật liệu tái chế). Khi đó, rất
cần phải đánh giá các đặc trưng cơ lý của mặt đường cũ cũng như mặt đường sau khi tăng cường, đồng thời dự
báo tuổi thọ của mặt đường trong tương lai. Các thí nghiệm NDT bằng thiết bị FWD theo hướng dẫn của
AASHTO 1993 đã được áp dụng để thí nghiệm cho 20 đoạn đường với các loại kết cấu và lưu lượng giao thông
khác nhau.
Kết quả thí nghiệm kết hợp với việc áp dụng mô hình ME trong thiết kế lớp mặt đường tăng cường cho
thấy hiệu quả kinh tế rõ rệt. Trên 20 đoạn đường thí nghiệm, nếu dùng phương pháp thí nghiệm, đánh giá và
thiết kế truyền thống của Bang Illinois, tất cả đều phải tăng cường ngay bằng lớp mặt trên với chiều dày từ 5 đến
10cm; nếu theo phương pháp NDT của AASHTO 1993 thì chỉ phải tăng cường cho 10 đoạn đường. Nếu dùng
NDT kết hợp với mô hình kinh nghiệm ME thì chỉ phải tăng cường cho 7 đoạn.
-Nghiên cứu của L. Khazanovich, A. Gotlif [47]
Nghiên cứu này đề cập tới việc sử dụng thí nghiệm NDT để xác định khả năng truyền lực tại khe nối
(Load Transfer Efficiency -LTE) của mặt đường bê tông xi măng tại Hoa Kỳ, thuộc chương trình LTPP
(LongTerm Pavement Performance).
Đặc điểm thiết kế và điều kiện xây dựng, loại thanh truyền lực, khoảng cách khe nối, khoảng cách thanh
truyền lực, hàm lượng cốt thép trong khe nối, hướng của khe nối (so với tim tuyến), chiều dày tấm, thời tiết.
Tuổi thọ mặt đường và chất lượng khe nối.
- Nghiên cứu của L.P. Priddy, D.W. Pittman, and G.W. Flintsch [46]
Nghiên cứu này đề cập tới việc sử dụng phương pháp NDT để đánh giá phần mặt đường BTXM sân bay
đã được sửa chữa theo phương pháp sửa chữa sâu (Full Depth Repair FDR).Cụ thể, khi tấm bị hư hỏng, phải đào
bỏ và đổ lại tấm mới.Khi đó, phương pháp NDT cũng được sử dụng để đánh giá chất lượng của tấm thay thế
này.
Nghiên cứu đã đưa ra được ảnh hưởng của các thông số tới hệ số truyền lực LTE tại khe nối giữa tấm
thay thế với tấm cũ theo cho các điều kiện khác nhau
1.2.2. Một số nghiên cứu của tác giả trong nước
Việc nghiên cứu thử nghiệm đánh giá mặt đường BTXM cũng đã được nhiều nhà khoa học trong nước
quan tâm nghiên cứu từ rất sớm có thể kể đến như:
- Tác giả Nguyễn Xuân Đào và các đồng nghiệp [13] tại Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải
đã nghiên cứu chế tạo thiết bị rơi tạo ra xung lực động tác dụng lên bề mặt đường và máy ghi chấn động dùng để
ghi lại độ võng của bề mặt đường dưới tác dụng của xung lực. Ứng dụng nghiên cứu thực nghiệm này lần đầu
tiên áp dụng tại đường BTXM trước Lăng Bác. Nghiên cứu này đã bước đầu cho được kết quả so sánh giữa tấm
thi công chất lượng tốt và tấm có lỗi trong quá trình thi công, giúp cho tư vấn có quyết định đúng đắn. Tuy nhiên
thiết bị đo đạc còn đơn giản, tốc độ lấy mẫu thấp, độ chính xác chưa cao, phần mềm tính toán tự động chưa hoàn
thiện. Đo đạc độ võng mới chỉ thực hiện tại tâm gia tải và không có các đầu đo khác.
- Tác giả Vũ Đình Phụng, [ 30] đã nghiên cứu phương pháp tính toán mặt đường cứng, khả năng chịu tải
của mặt đường bê tông. Nghiên cứu thực nghiệm sự phá hỏng tấm BTXM mặt đường. Nghiên cứu chưa đề cập
nhiều đến các phương pháp không phá hủy đánh giá ở trạng thái đàn hồi.
- Tác giả Phạm Cao Thăng, [28] đã nghiên cứu phân tích từ kết quả đo chậu võng mặt đường xác định hệ
số nền và mô đun đàn hồi. Chưa đề cấp đến kết quả đo đạc thực tế khả năng truyền tải trọng giữa các tấm trên
mặt đường bê tông xi măng.
1.3. Phân tích tổng quan ứng dụng phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng mặt đƣờng BTXM trên thế giới.
1.3.1. Phương pháp sử dụng tải trọng tĩnh đánh giá sức chịu tải
Việc sử dụng các thiết bị thử nghiệm bằng tải trọng tĩnh như hình 1.5 để đánh giá sức chịu tải mặt đường
BTXM đã được các nhà khoa học Nga nghiên cứu ứng dụng từ rất sớm trên các sân bay[33]. Nguyên tắc của
phương pháp là sử dụng kích thủy lực và tải trọng của các quả tải tác dụng lực tĩnh xuống mặt đường, đo đạc độ
võng mặt đường. Độ võng mặt đường đo được nhờ hệ giá đỡ có gắn các đồng hồ chuyển vị.
1.3.2. Phương pháp sử dụng tải trọng động đánh giá sức chịu tải
Phương pháp sử dụng tải trọng động khắc phục được những nhược điểm của phương pháp sử dụng tải
trọng tĩnh, hơn nữa công nghệ đo lường tự động hóa ngày càng phát triển hỗ làm cho ưu điểm của phương pháp
này càng nổi trội hơn. Một trong những công nghệ có thể kể đến như:
4
- Công nghệ tải trọng điều hòa:
Từ giữa những năm 1950, Cục Hàng không liên bang Hoa Kỳ (FAA) đã nghiên cứu các thiết bị tải trọng
rung để đánh giá mặt đường sân bay và ô tô. Phương pháp này xác định mô đun độ cứng động (DSM) từ quan hệ
“Tải trọng động- độ võng động”.
Hiện nay hệ thiết bị rung này được chế tạo theo 3 kiểu gồm Dynaflect, Road Rater, Rolling Dynamic
Deflectometer (RDD)
+ Kiểu Dynaflect là một thiết bị điện tạo ra dao động hình sin với biên độ 5kN, tần số 8Hz bởi động cơ
điện có gắn quả nặng lệch tâm. Các cảm biến gia tốc, vận tốc thu nhận số liệu liên tục. Tuy nhiên do biên độ tải
trọng khá nhỏ chỉ phù hợp đối với kết cấu mặt đường chịu tải trọng nhẹ.
+ Kiểu Road Rater là một thiết bị tạo ra dao động hình sin với biên độ lên đến 35kN, tần số có thể thay
đổi bởi nguồn thủy lực nâng hạ khối thép tác động lên tấm ép.
+ Kiểu Rolling Dynamic Deflectometer (RDD)
Sử dụng 2 bộ bánh xe kép gia tải động xuống mặt đường. Độ võng được đo thông qua cảm biến đo gia
tốc. Xe chạy với tốc độ 5 km/h vừa đi vừa đo. Máy rung thủy lực lắp trên xe truyền dạng hình sin trong khoảng
5-100 Hz
- Phương pháp FWD, HWD :
Nguyên tắc hoạt động của các loại thiết bị tạo tải trọng va đập (quả rơi) như sau: Quả nặng rơi từ một độ
cao nhất định theo trục dẫn hướng tác dụng lên mặt đường qua tấm ép. Để kéo dài thời gian tác dụng của tải
trọng cho giống với tải trọng của bánh xe khi chuyển động, người ta dùng hệ thống giảm chấn là các lò xo hay
tấm đệm cao su. Các thông số dao động của công trình được các cảm biến ghi nhận và được ghi lại dưới dạng
file dữ liệu. Ở các nước phát triển người ta đã chế tạo các thiết bị và phương pháp tính toán tương ứng với loại
thiết bị đó sử dụng cho việc kiểm tra đánh giá chất lượng mặt đường, gọi chung là phương pháp FWD (Falling
Weight Deflectometer).
1.3.3. Phương pháp truyền sóng xác định đặc tính cơ học.
- Công nghệ Radar phát sóng với tần số rất cao để đánh giá độ đồng nhất, lỗ hổng nền đường phía dưới
tấm BTXM. Nguyên lý cơ bản dựa trên việc truyền đi các sóng điện từ vào các lớp vật liệu mặt đường và nhận
lại các sóng điện tử phản xạ ngược trở về. Các sóng trả về này về bản chất đã bị ảnh hưởng bởi các thông số như
hằng số điện môi, độ từ thẩm, độ dẫn liệu, thông qua bộ xử lý tín hiệu, xử lý ảnh, nhờ đó chúng ta có thể hình
ảnh hóa các đặc tính về điện của các cấu trúc vật thể.
- Công nghệ truyền sóng bề mặt SASW (Spectral Analysys of Surface Wawes)
Nguyên lý của phương pháp này là dùng một nguồn lực gây kích động làm cho công trình dao động, các
tham số dao động (vận tốc, gia tốc, chuyển vị) sẽ được các đầu đo gắn trên công trình ghi nhận và truyền về máy
phân tích. Các chương trình phân tích và xử lý (ví dụ phân tích Fourier nhanh) sẽ cho ta các đặc trưng dùng đánh
giá chất lượng công trình.
- Công nghệ truyền sóng biến dạng kiểm tra chiều dày, khuyết tật mặt đường BTXM
Nguyên lý cơ bản của phương pháp là sử dụng va đập cơ học trong thời gian ngắn để tạo sóng ứng suất
nhanh và sử dụng bộ chuyển đổi thu tín hiệu, phân tích tính toán vận tốc truyền trong vật liệu qua đặc tính này
xác định được tính chất cơ học của vật liệu
1.4. Các phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng mặt đƣờng BTXM hiện đang áp dụng tại Việt Nam
Hiện nay tại Việt Nam chưa ban hành tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường BTXM chỉ mới
đang sử dụng Quyết định tạm thời [1].
Tiêu chuẩn TCVN 11365: 2016 đối với mặt đường sân bay- xác định số phân cấp mặt đường bằng FWD
hoặc HWD. Tiêu chuẩn này mới chỉ biên dịch từ tài liệu của FAA, các hệ số thực nghiệm vẫn sử dụng như tài
liệu gốc, chưa có nghiên cứu hiệu chỉnh phù hợp với loại vật liệu cũng như điều kiện của Việt Nam, chưa có ví
dụ tính toán để áp dụng.
1.5. Phân tích lựa chọn vấn đề nghiên cứu
Phân tích công tác đo đạc thực nghiệm đánh giá mặt đường BTXM hiện đang áp dụng còn tồn tại những
vấn đề cần tập trung nghiên cứu:
- Chiều dày lớp kết cấu thông thường lấy từ hồ sơ thiết kế hoặc thông qua hố đào tại hiện trường.Tại hố
đào sẽ phá hủy kết cấu mặt đường nên tần suất kiểm tra sẽ rất thưa, độ tin cậy thấp. Do vậy nếu áp dụng thêm
5
phương pháp không phá hủy để xác định được chiều dày sẽ tăng thêm độ chính xác. Nghiên cứu sinh nghiên cứu
đề xuất bổ sung phương pháp dựa trên nguyên lý truyền sóng xác định chiều dày lớp mặt đường BTXM và sẽ
được trình bày ở chương 3
- Hiện nay đã có nhiều phần mềm viết sẵn kèm theo thiết bị để xử lý tính toán. Những phần mềm này
chưa nêu rõ phương pháp tính toán, mô hình tính toán do vậy cần phải làm rõ cơ sở nguyên tắc đo đạc, xử lý số
liệu nhằm đảm bảo tính thống nhất.
- Phương pháp đo đạc FWD cho kết quả là mô đun đàn hồi động, trong khi các tính toán, kiểm toán mặt
đường BTXM đang sử dụng mô đun đàn hồi tĩnh. Nghiên cứu sinh tiến hành đo đạc thực nghiệm xác định tương
quan giữa mô đun đàn hồi động và tĩnh đối với lớp vật liệu làm móng đường.
- Đo đạc thực nghiệm và xử lý số liệu tính toán ra được mô đun đàn hồi các lớp kết cấu. Trong khi đó
kiểm toán mặt đường BTXM còn phải kiểm toán ứng suất dưới đáy tấm. Nghiên cứu sinh thực nghiệm xây dựng
tương quan giữa mô đun đàn hồi BTXM và cường độ chịu kéo khi uốn của loại bê tông thông thường sử dụng
cho mặt đường BTXM tại Việt Nam.
- Ngoài ra đo đạc khả năng truyền tải trọng của các tấm BTXM là vấn đề cần quan tâm. Nghiên cứu sinh
chế tạo thiết bị hỗ trợ đo đạc độ cập kênh của tấm khi chịu tác động của tải trọng.
Qua phân tích ở trên cho thấy việc kiểm soát chất lượng, đánh giá sức chịu tải mặt đường là cần thiết đã
được các nước phát triển trên thế giới cũng như các nhà khoa học trong nước quan tâm nghiên cứu từ rất sớm.
Xu hướng sử dụng phương pháp động để đánh giá sức chịu tải mặt đường BTXM là hướng đi chính. Tại Việt
Nam tập trung nghiên cứu,thử nghiệm, đầu tư thiết bị thí nghiệm động theo kiểu FWD. Do vậy nghiên cứu sinh
cũng tiếp tục lựa chọn hướng nghiên cứu này và tập trung làm rõ hơn về cơ sở khoa học ứng dụng phương pháp,
thực nghiệm phân tích kiểm chứng kết quả đo đạc.
1.9. Kết luận chƣơng 1
Ứng dụng công nghệ đo đạc hiện đại (tự động, không phá hủy, phần mềm phân tích xử lý, tính toán trên
máy tính) đánh giá chất lượng mặt đường BTXM được các nước phát triển tập trung nghiên cứu. Từ những
nghiên cứu của các nhà khoa học, các hãng sản xuất thiết bị đã chế tạo và thương mại nhiều thiết bị đo đạc hiện
đại phục vụ công tác đánh giá có thể kể đến như: FWD, HWD, RDD, IMPact-Echo, Road Rater, Dyaflect…
Qua nghiên cứu tổng quan cho thấy chất lượng mặt đường BTXM thực tế thi công tại Việt Nam chưa
tương xứng với khả năng thực sự đáng có của nó.Nguyên nhân có rất nhiều nhưng phải kể đến nguyên nhân
đánh giá, kiểm soát chất lượng thi công chưa tốt.Việc đánh giá, kiểm soát chất lượng chưa tốt xuất phát từ việc
đầu tư nghiên cứu chưa được chú trọng, công nghệ kiểm tra hiện đại khó tiếp cận công nghệ gốc, phần mềm
cũng như phần cứng được thiết kế kiểu hộp đen khó thay đổi cho phù hợp với điều kiện, đối tượng đo.
CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN
SỨC CHỊU TẢI MẶT ĐƢỜNG BTXM.
2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán mặt đƣờng cứng
Khi tính toán tấm bê tông mặt đường, thường sử dụng lý thuyết tấm mỏng theo lý thuyết đàn hồi. Tấm
mỏng là tấm thỏa mãn điều kiện theo [34] như sau:
(2.1)
1
h 1
100 b 5
trong đó
h: là chiều dày tấm
b: là kích thước cạnh nhỏ nhất của tấm
Mặt đường bê tông xi măng sử dụng loại vật liệu có mô đun đàn hồi cao, cường độ chịu kéo nhỏ hơn
nhiều so với cường độ chịu nén. Vì vậy việc tính toán thiết kế kết cấu áo đường cứng trong tất cả quy trình các
nước đều dựa trên lời giải bài toán uốn tấm nền đàn hồi.
Phương trình vi phân cân bằng của tấm chịu uốn [29] như sau:
4
D
w
x4
4
2
w
2
x y2
(2.2)
4
w
y4
trong đó : w - Chuyển vị đứng của tấm
q( x, y ) r ( x, y )
nguon tai.lieu . vn
MỞ ĐẦU
*Đặt vấn đề nghiên cứu
Mặt đường BTXM - mặt đường cứng cùng với mặt đường mềm là hai loại hình mặt đường chính được
sử dụng cho giao thông đường bộ và sân bay, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành nên mạng lưới giao
thông của các khu vực, lãnh thổ và xuyên quốc gia. Tại Việt Nam, việc kiểm soát chất lượng thi công chưa tốt,
chưa đánh giá đúng sức chịu tải của mặt đường sau khi thi công, trong khi lượng xe tải, xe nặng và các xe vượt
tải ngày càng tăng kết hợp với các yếu tố môi trường ngày càng khắc nghiệt làm mặt đường nhanh chóng bị
xuống cấp. Hiện nay, các thí nghiệm biến dạng không phá hủy (Nondestructive deflection test - NDT) đang được
sử dụng rộng rãi để đánh giá kết cấu áo đường. Đặc điểm của thí nghiệm này là khắc phục những nhược điểm
của các thí nghiệm phá hoại kết cấu như việc lấy mẫu, khoan, cắt, đào,… làm ảnh hưởng đến khả năng làm việc
của mặt đường; cần nhiều thời gian thực hiện , không thể thực hiện thường xuyên…Chính vì vậy đề tài :
“Nghiên cứu một số thông số đặc trưng đánh giá chất lượng khai thác mặt đường BTXM đường ô tô bằng
phương pháp không phá hủy ở Việt Nam” được hình thành, bước đầu góp phần hoàn thiện quy trình đánh giá chất
lượng mặt đường BTXM là hoàn toàn có cơ sở khoa học, đáp ứng được đòi hỏi của thực tiễn.
*Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu được tiến hành với mục đích đưa ra các kết quả nhằm ứng dụng có hiệu quả phương pháp
đánh giá chất lượng mặt đường BTXM tại Việt Nam với các vấn đề:
- Tổng quan về các tham số đặc trưng cho mặt đường BTXM, phương pháp xác định.
- Thiết kế chế tạo bộ thiết bị đo đạc bổ sung phục vụ nghiên cứu thực nghiệm
- Xây dựng tương quan giữa cường độ chịu kéo khi uốn và mô đun đàn hồi của BTXM phục vụ cho việc
kiểm toán trạng thái giới hạn.
- Xây dựng tương quan giữa mô đun đàn hồi động và mô đun đàn hồi tĩnh nền đường.
- Thông qua các thí nghiệm đo đạc mô hình trong phòng thí nghiệm, trên đoạn đường thi công phục vụ thử
nghiệm, trên đoạn đường đang khai thác sẽ phân tích đánh giá số liệu, cách xử lý số liệu, từ đó đề xuất phương
pháp đánh giá sức chịu tải của mặt đường BTXM phù hợp với điều kiện Việt Nam.
* Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
- Mặt đường bê tông xi măng thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông.
- Thiết bị đo đạc đánh giá mặt đường BTXM hiện có hoặc có khả năng chế tạo tại Việt Nam.
- Các phương pháp đánh giá phù hợp với điều kiện Việt Nam.
*Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu: kết hợp lý thuyết với thực nghiệm trên mô hình và thực nghiệm kiểm chứng ngoài
hiện trường nhằm hoàn thiện phương pháp đánh giá chất lượng mặt đường BTXM.
* Nội dung nghiên cứu bao gồm:
-Nghiên cứu mô hình tính toán kết cấu mặt đường BTXM, xác định tham số chính cần đo đạc.
- Nghiên cứu đặc tính của tấm BTXM mặt đường từ đó thiết kế, chế tạo thiết bị đo đạc phù hợp.
- Thực nghiệm đo đạc trên mô hình trong phòng thí nghiệm, trên đoạn đường thi công phục vụ thử nghiệm, trên
đoạn đường đang khai thác.
- Tổng hợp và phân tích các kết quả thí nghiệm, thử nghiệm nhằm đưa ra các chỉ dẫn định hướng về phương
pháp đánh giá chất lượng mặt đường BTXM.
*Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu xác định các tham số chính quan trọng, từ đó lựa chọn thiết bị đo phù hợp để
tiến hành thử nghiệm. Phân tích kết quả đo được để đánh giá phân loại được đối tượng đo, giúp cho việc khai thác sử
dụng phù hợp và hiệu quả.
- Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu chế tạo thiết bị phù hợp với điều kiện Việt Nam, xây dựng phương pháp đánh
giá sức chịu tải mặt đường trước và trong khi khai thác.
* Kết cấu luận án: Gồm phần mở đầu, tiếp theo là bốn chương, phần kết luận, kiến nghị và định hướng nghiên cứu tiếp
theo, danh mục tài liệu tham khảo và phụ lục.
2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THÔNG SỐ ĐẶC TRƢNG ĐÁNH GIÁ
CHẤT LƢỢNG KHAI THÁC MẶT ĐƢỜNG BTXM
1.1. Các thông số đặc trƣng cho khả năng khai thác của kết cấu mặt đƣờng bê tông xi măng.
Hiện nay, trên Thế giới có rất nhiều phương pháp đánh giá mặt đường bê tông xi măng khác nhau làm cơ
sở cho việc duy tu, bảo dưỡng và thiết kế nâng cấp. Mỗi phương pháp dựa trên các thông số khác nhau. Có thể
phân thành hai nhóm chính:
1.1.1. Nhóm 1: Đánh giá theo kinh nghiệm
Việc đánh giá khả năng khai thác của kết cấu dựa vào số liệu thị sát và thí nghiệm vật liệu hoặc dựa vào sự
hư hại của kết cấu dưới tác dụng của tải trọng. Bằng các kinh nghiệm đúc kết được trong suốt quá trình xây
dựng, khai thác và sửa chữa, nâng cấp mà đề ra các giải pháp thiết kế tăng cường hoặc duy tu và sửa chữa. Ví dụ
như:
Căn cứ vào các số liệu đánh giá tình trạng hư hỏng bề mặt,tình trạng thoát nước, số liệu thí nghiệm trên
mẫu khoan và thí nghiệm vật liệu, từ đó đề ra các biện pháp sửa chữa hoặc tăng cường.
Căn cứ vào các số liệu thống kê số lượng tải trọng mà kết cấu đã phục vụ cùng với sự thay đổi các đặc trưng
cơ lý của vật liệu để đánh giá mức độ hư hỏng của kết cấu.
Dựa vào mức độ hư hỏng hiện tại của kết cấu, khả năng phục vụ còn lại của kết cấu sẽ được ước tính và so
sánh lượng xe tương lai có đáp ứng được hay không hoặc phân loại lại cấp hạng của đường, làm cơ sở để chọn
các thông số tính toán cho mặt đường hiện hữu khi tăng cường, sửa chữa.
1.1.2. Nhóm 2: Các thông số dựa trên cơ sở bài toán cơ học
Hiện nay, trên thế giới tồn tại rất nhiều phương pháp tính toán kết cấu mặt đường bê tông xi măng và
mỗi nước dùng một phương pháp thích hợp cho điều kiện của nước mình.
Có thể thấy rằng, các phương pháp tính toán mặt đường bê tông xi măng chủ yếu dựa trên hai bài toán
cơ học cơ bản đó là: các phương pháp dựa trên bài toán “tấm trên nền đàn hồi” và bài toán “hệ đàn hồi nhiều
lớp”.
Với các phương pháp thiết kế mặt đường bê tông xi măng dựa trên lý thuyết của bài toán “tấm trên nền
đàn hồi” của môn cơ học kết cấu với giả thiết xem tấm bê tông xi măng là vật liệu đàn hồi đẳng hướng và tuân
theo giả thuyết tiết diện phẳng và có kích thước vô hạn đặt trên nền đàn hồi với các giả thiết khác nhau về “mô
hình nền”.
Theo mô hình nền bán không gian đàn hồi, tính chất đàn hồi của nền đã được Gorbunov Poxadov giải với
các thông số đặc trưng cho sức chịu tải của mặt đường bê tông xi măng là mô đun đàn hồi của tấm bê tông xi
măng Ebt, mô đun đàn hồi của nền đất E0.
Theo mô hình hệ số nền của Winkler, lời giải của Westergaard đối với tải trọng đặt ở giữa, cạnh và góc tấm
với các thông số đặc trưng cho sức chịu tải của mặt đường bê tông xi măng là mô đun đàn hồi của tấm bê tông xi
măng Ebt,mô đun phản lực nền k.
Một nhân tố có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng khai thác cũng như sự bền vững của kết cấu đó là khả
năng truyền tải của khe nối. Do vậy, việc đánh giá khả năng truyền tải của khe nối luôn được coi là một phần của
quá trình đánh giá sức chịu tải chung của mặt đường bê tông xi măng.
Từ các phân tích ở trên, đặc trưng cho sức chịu tải của mặt đường bê tông xi măng bao gồm các thông số
chính như sau : Mô đun đàn hồi của tấm bê tông xi măng Ebt, mô đun đàn hồi của nền đất E0 hoặc mô đun phản
lực nền k với mô hình hệ số nền của Winkler, khả năng truyền tải của khe nối.
1.2. Phân tích tổng quan kết quả nghiên cứu
1.2.1. Một số nghiên cứu của tác giả nước ngoài
Hiện nay, các thí nghiệm không phá hủy (NDT) đang được sử dụng rộng rãi để đánh giá kết cấu áo
đường. Đặc điểm của thí nghiệm này là khắc phục những nhược điểm của các thí nghiệm phá hoại kết cấu như
việc lấy mẫu, khoan, cắt, đào,… làm ảnh hưởng đến khả năng làm việc của mặt đường; thời gian thực hiện lâu,
không thể thực hiện thường xuyên… Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu đề cập đến vấn đề này và đã thu được
những kết quả quan trọng.
-Nghiên cứu của Priyanka S. và các cộng sự [50]
Nghiên cứu này được thực hiện tại Illinois _ Hoa Kỳ. Theo đó, tại Illinois, mô hình cơ học kinh nghiệm
ME (Mechanistic-Empirical) được sử dụng để thiết kế chiều dày kết cấu áo đường tăng cường trên mặt đường
3
cũ, đặc biệt là trong một số trường hợp không sử dụng vật liệu truyền thống (ví dụ vật liệu tái chế). Khi đó, rất
cần phải đánh giá các đặc trưng cơ lý của mặt đường cũ cũng như mặt đường sau khi tăng cường, đồng thời dự
báo tuổi thọ của mặt đường trong tương lai. Các thí nghiệm NDT bằng thiết bị FWD theo hướng dẫn của
AASHTO 1993 đã được áp dụng để thí nghiệm cho 20 đoạn đường với các loại kết cấu và lưu lượng giao thông
khác nhau.
Kết quả thí nghiệm kết hợp với việc áp dụng mô hình ME trong thiết kế lớp mặt đường tăng cường cho
thấy hiệu quả kinh tế rõ rệt. Trên 20 đoạn đường thí nghiệm, nếu dùng phương pháp thí nghiệm, đánh giá và
thiết kế truyền thống của Bang Illinois, tất cả đều phải tăng cường ngay bằng lớp mặt trên với chiều dày từ 5 đến
10cm; nếu theo phương pháp NDT của AASHTO 1993 thì chỉ phải tăng cường cho 10 đoạn đường. Nếu dùng
NDT kết hợp với mô hình kinh nghiệm ME thì chỉ phải tăng cường cho 7 đoạn.
-Nghiên cứu của L. Khazanovich, A. Gotlif [47]
Nghiên cứu này đề cập tới việc sử dụng thí nghiệm NDT để xác định khả năng truyền lực tại khe nối
(Load Transfer Efficiency -LTE) của mặt đường bê tông xi măng tại Hoa Kỳ, thuộc chương trình LTPP
(LongTerm Pavement Performance).
Đặc điểm thiết kế và điều kiện xây dựng, loại thanh truyền lực, khoảng cách khe nối, khoảng cách thanh
truyền lực, hàm lượng cốt thép trong khe nối, hướng của khe nối (so với tim tuyến), chiều dày tấm, thời tiết.
Tuổi thọ mặt đường và chất lượng khe nối.
- Nghiên cứu của L.P. Priddy, D.W. Pittman, and G.W. Flintsch [46]
Nghiên cứu này đề cập tới việc sử dụng phương pháp NDT để đánh giá phần mặt đường BTXM sân bay
đã được sửa chữa theo phương pháp sửa chữa sâu (Full Depth Repair FDR).Cụ thể, khi tấm bị hư hỏng, phải đào
bỏ và đổ lại tấm mới.Khi đó, phương pháp NDT cũng được sử dụng để đánh giá chất lượng của tấm thay thế
này.
Nghiên cứu đã đưa ra được ảnh hưởng của các thông số tới hệ số truyền lực LTE tại khe nối giữa tấm
thay thế với tấm cũ theo cho các điều kiện khác nhau
1.2.2. Một số nghiên cứu của tác giả trong nước
Việc nghiên cứu thử nghiệm đánh giá mặt đường BTXM cũng đã được nhiều nhà khoa học trong nước
quan tâm nghiên cứu từ rất sớm có thể kể đến như:
- Tác giả Nguyễn Xuân Đào và các đồng nghiệp [13] tại Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải
đã nghiên cứu chế tạo thiết bị rơi tạo ra xung lực động tác dụng lên bề mặt đường và máy ghi chấn động dùng để
ghi lại độ võng của bề mặt đường dưới tác dụng của xung lực. Ứng dụng nghiên cứu thực nghiệm này lần đầu
tiên áp dụng tại đường BTXM trước Lăng Bác. Nghiên cứu này đã bước đầu cho được kết quả so sánh giữa tấm
thi công chất lượng tốt và tấm có lỗi trong quá trình thi công, giúp cho tư vấn có quyết định đúng đắn. Tuy nhiên
thiết bị đo đạc còn đơn giản, tốc độ lấy mẫu thấp, độ chính xác chưa cao, phần mềm tính toán tự động chưa hoàn
thiện. Đo đạc độ võng mới chỉ thực hiện tại tâm gia tải và không có các đầu đo khác.
- Tác giả Vũ Đình Phụng, [ 30] đã nghiên cứu phương pháp tính toán mặt đường cứng, khả năng chịu tải
của mặt đường bê tông. Nghiên cứu thực nghiệm sự phá hỏng tấm BTXM mặt đường. Nghiên cứu chưa đề cập
nhiều đến các phương pháp không phá hủy đánh giá ở trạng thái đàn hồi.
- Tác giả Phạm Cao Thăng, [28] đã nghiên cứu phân tích từ kết quả đo chậu võng mặt đường xác định hệ
số nền và mô đun đàn hồi. Chưa đề cấp đến kết quả đo đạc thực tế khả năng truyền tải trọng giữa các tấm trên
mặt đường bê tông xi măng.
1.3. Phân tích tổng quan ứng dụng phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng mặt đƣờng BTXM trên thế giới.
1.3.1. Phương pháp sử dụng tải trọng tĩnh đánh giá sức chịu tải
Việc sử dụng các thiết bị thử nghiệm bằng tải trọng tĩnh như hình 1.5 để đánh giá sức chịu tải mặt đường
BTXM đã được các nhà khoa học Nga nghiên cứu ứng dụng từ rất sớm trên các sân bay[33]. Nguyên tắc của
phương pháp là sử dụng kích thủy lực và tải trọng của các quả tải tác dụng lực tĩnh xuống mặt đường, đo đạc độ
võng mặt đường. Độ võng mặt đường đo được nhờ hệ giá đỡ có gắn các đồng hồ chuyển vị.
1.3.2. Phương pháp sử dụng tải trọng động đánh giá sức chịu tải
Phương pháp sử dụng tải trọng động khắc phục được những nhược điểm của phương pháp sử dụng tải
trọng tĩnh, hơn nữa công nghệ đo lường tự động hóa ngày càng phát triển hỗ làm cho ưu điểm của phương pháp
này càng nổi trội hơn. Một trong những công nghệ có thể kể đến như:
4
- Công nghệ tải trọng điều hòa:
Từ giữa những năm 1950, Cục Hàng không liên bang Hoa Kỳ (FAA) đã nghiên cứu các thiết bị tải trọng
rung để đánh giá mặt đường sân bay và ô tô. Phương pháp này xác định mô đun độ cứng động (DSM) từ quan hệ
“Tải trọng động- độ võng động”.
Hiện nay hệ thiết bị rung này được chế tạo theo 3 kiểu gồm Dynaflect, Road Rater, Rolling Dynamic
Deflectometer (RDD)
+ Kiểu Dynaflect là một thiết bị điện tạo ra dao động hình sin với biên độ 5kN, tần số 8Hz bởi động cơ
điện có gắn quả nặng lệch tâm. Các cảm biến gia tốc, vận tốc thu nhận số liệu liên tục. Tuy nhiên do biên độ tải
trọng khá nhỏ chỉ phù hợp đối với kết cấu mặt đường chịu tải trọng nhẹ.
+ Kiểu Road Rater là một thiết bị tạo ra dao động hình sin với biên độ lên đến 35kN, tần số có thể thay
đổi bởi nguồn thủy lực nâng hạ khối thép tác động lên tấm ép.
+ Kiểu Rolling Dynamic Deflectometer (RDD)
Sử dụng 2 bộ bánh xe kép gia tải động xuống mặt đường. Độ võng được đo thông qua cảm biến đo gia
tốc. Xe chạy với tốc độ 5 km/h vừa đi vừa đo. Máy rung thủy lực lắp trên xe truyền dạng hình sin trong khoảng
5-100 Hz
- Phương pháp FWD, HWD :
Nguyên tắc hoạt động của các loại thiết bị tạo tải trọng va đập (quả rơi) như sau: Quả nặng rơi từ một độ
cao nhất định theo trục dẫn hướng tác dụng lên mặt đường qua tấm ép. Để kéo dài thời gian tác dụng của tải
trọng cho giống với tải trọng của bánh xe khi chuyển động, người ta dùng hệ thống giảm chấn là các lò xo hay
tấm đệm cao su. Các thông số dao động của công trình được các cảm biến ghi nhận và được ghi lại dưới dạng
file dữ liệu. Ở các nước phát triển người ta đã chế tạo các thiết bị và phương pháp tính toán tương ứng với loại
thiết bị đó sử dụng cho việc kiểm tra đánh giá chất lượng mặt đường, gọi chung là phương pháp FWD (Falling
Weight Deflectometer).
1.3.3. Phương pháp truyền sóng xác định đặc tính cơ học.
- Công nghệ Radar phát sóng với tần số rất cao để đánh giá độ đồng nhất, lỗ hổng nền đường phía dưới
tấm BTXM. Nguyên lý cơ bản dựa trên việc truyền đi các sóng điện từ vào các lớp vật liệu mặt đường và nhận
lại các sóng điện tử phản xạ ngược trở về. Các sóng trả về này về bản chất đã bị ảnh hưởng bởi các thông số như
hằng số điện môi, độ từ thẩm, độ dẫn liệu, thông qua bộ xử lý tín hiệu, xử lý ảnh, nhờ đó chúng ta có thể hình
ảnh hóa các đặc tính về điện của các cấu trúc vật thể.
- Công nghệ truyền sóng bề mặt SASW (Spectral Analysys of Surface Wawes)
Nguyên lý của phương pháp này là dùng một nguồn lực gây kích động làm cho công trình dao động, các
tham số dao động (vận tốc, gia tốc, chuyển vị) sẽ được các đầu đo gắn trên công trình ghi nhận và truyền về máy
phân tích. Các chương trình phân tích và xử lý (ví dụ phân tích Fourier nhanh) sẽ cho ta các đặc trưng dùng đánh
giá chất lượng công trình.
- Công nghệ truyền sóng biến dạng kiểm tra chiều dày, khuyết tật mặt đường BTXM
Nguyên lý cơ bản của phương pháp là sử dụng va đập cơ học trong thời gian ngắn để tạo sóng ứng suất
nhanh và sử dụng bộ chuyển đổi thu tín hiệu, phân tích tính toán vận tốc truyền trong vật liệu qua đặc tính này
xác định được tính chất cơ học của vật liệu
1.4. Các phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng mặt đƣờng BTXM hiện đang áp dụng tại Việt Nam
Hiện nay tại Việt Nam chưa ban hành tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường BTXM chỉ mới
đang sử dụng Quyết định tạm thời [1].
Tiêu chuẩn TCVN 11365: 2016 đối với mặt đường sân bay- xác định số phân cấp mặt đường bằng FWD
hoặc HWD. Tiêu chuẩn này mới chỉ biên dịch từ tài liệu của FAA, các hệ số thực nghiệm vẫn sử dụng như tài
liệu gốc, chưa có nghiên cứu hiệu chỉnh phù hợp với loại vật liệu cũng như điều kiện của Việt Nam, chưa có ví
dụ tính toán để áp dụng.
1.5. Phân tích lựa chọn vấn đề nghiên cứu
Phân tích công tác đo đạc thực nghiệm đánh giá mặt đường BTXM hiện đang áp dụng còn tồn tại những
vấn đề cần tập trung nghiên cứu:
- Chiều dày lớp kết cấu thông thường lấy từ hồ sơ thiết kế hoặc thông qua hố đào tại hiện trường.Tại hố
đào sẽ phá hủy kết cấu mặt đường nên tần suất kiểm tra sẽ rất thưa, độ tin cậy thấp. Do vậy nếu áp dụng thêm
5
phương pháp không phá hủy để xác định được chiều dày sẽ tăng thêm độ chính xác. Nghiên cứu sinh nghiên cứu
đề xuất bổ sung phương pháp dựa trên nguyên lý truyền sóng xác định chiều dày lớp mặt đường BTXM và sẽ
được trình bày ở chương 3
- Hiện nay đã có nhiều phần mềm viết sẵn kèm theo thiết bị để xử lý tính toán. Những phần mềm này
chưa nêu rõ phương pháp tính toán, mô hình tính toán do vậy cần phải làm rõ cơ sở nguyên tắc đo đạc, xử lý số
liệu nhằm đảm bảo tính thống nhất.
- Phương pháp đo đạc FWD cho kết quả là mô đun đàn hồi động, trong khi các tính toán, kiểm toán mặt
đường BTXM đang sử dụng mô đun đàn hồi tĩnh. Nghiên cứu sinh tiến hành đo đạc thực nghiệm xác định tương
quan giữa mô đun đàn hồi động và tĩnh đối với lớp vật liệu làm móng đường.
- Đo đạc thực nghiệm và xử lý số liệu tính toán ra được mô đun đàn hồi các lớp kết cấu. Trong khi đó
kiểm toán mặt đường BTXM còn phải kiểm toán ứng suất dưới đáy tấm. Nghiên cứu sinh thực nghiệm xây dựng
tương quan giữa mô đun đàn hồi BTXM và cường độ chịu kéo khi uốn của loại bê tông thông thường sử dụng
cho mặt đường BTXM tại Việt Nam.
- Ngoài ra đo đạc khả năng truyền tải trọng của các tấm BTXM là vấn đề cần quan tâm. Nghiên cứu sinh
chế tạo thiết bị hỗ trợ đo đạc độ cập kênh của tấm khi chịu tác động của tải trọng.
Qua phân tích ở trên cho thấy việc kiểm soát chất lượng, đánh giá sức chịu tải mặt đường là cần thiết đã
được các nước phát triển trên thế giới cũng như các nhà khoa học trong nước quan tâm nghiên cứu từ rất sớm.
Xu hướng sử dụng phương pháp động để đánh giá sức chịu tải mặt đường BTXM là hướng đi chính. Tại Việt
Nam tập trung nghiên cứu,thử nghiệm, đầu tư thiết bị thí nghiệm động theo kiểu FWD. Do vậy nghiên cứu sinh
cũng tiếp tục lựa chọn hướng nghiên cứu này và tập trung làm rõ hơn về cơ sở khoa học ứng dụng phương pháp,
thực nghiệm phân tích kiểm chứng kết quả đo đạc.
1.9. Kết luận chƣơng 1
Ứng dụng công nghệ đo đạc hiện đại (tự động, không phá hủy, phần mềm phân tích xử lý, tính toán trên
máy tính) đánh giá chất lượng mặt đường BTXM được các nước phát triển tập trung nghiên cứu. Từ những
nghiên cứu của các nhà khoa học, các hãng sản xuất thiết bị đã chế tạo và thương mại nhiều thiết bị đo đạc hiện
đại phục vụ công tác đánh giá có thể kể đến như: FWD, HWD, RDD, IMPact-Echo, Road Rater, Dyaflect…
Qua nghiên cứu tổng quan cho thấy chất lượng mặt đường BTXM thực tế thi công tại Việt Nam chưa
tương xứng với khả năng thực sự đáng có của nó.Nguyên nhân có rất nhiều nhưng phải kể đến nguyên nhân
đánh giá, kiểm soát chất lượng thi công chưa tốt.Việc đánh giá, kiểm soát chất lượng chưa tốt xuất phát từ việc
đầu tư nghiên cứu chưa được chú trọng, công nghệ kiểm tra hiện đại khó tiếp cận công nghệ gốc, phần mềm
cũng như phần cứng được thiết kế kiểu hộp đen khó thay đổi cho phù hợp với điều kiện, đối tượng đo.
CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN
SỨC CHỊU TẢI MẶT ĐƢỜNG BTXM.
2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán mặt đƣờng cứng
Khi tính toán tấm bê tông mặt đường, thường sử dụng lý thuyết tấm mỏng theo lý thuyết đàn hồi. Tấm
mỏng là tấm thỏa mãn điều kiện theo [34] như sau:
(2.1)
1
h 1
100 b 5
trong đó
h: là chiều dày tấm
b: là kích thước cạnh nhỏ nhất của tấm
Mặt đường bê tông xi măng sử dụng loại vật liệu có mô đun đàn hồi cao, cường độ chịu kéo nhỏ hơn
nhiều so với cường độ chịu nén. Vì vậy việc tính toán thiết kế kết cấu áo đường cứng trong tất cả quy trình các
nước đều dựa trên lời giải bài toán uốn tấm nền đàn hồi.
Phương trình vi phân cân bằng của tấm chịu uốn [29] như sau:
4
D
w
x4
4
2
w
2
x y2
(2.2)
4
w
y4
trong đó : w - Chuyển vị đứng của tấm
q( x, y ) r ( x, y )